쿨롱의 법칙, 정의 및 공식 - 전기 점 전하와 그 상호 작용

대전된 물체 사이에는 상호 작용력이 있으며 이를 통해 서로를 끌어당기거나 밀어낼 수 있습니다. 쿨롱의 법칙은 이 힘을 설명하고 몸체 자체의 크기와 모양에 따라 그 효과의 정도를 보여줍니다. 이 물리적 법칙은 이 기사에서 논의될 것입니다.

쿨롱의 법칙 공식.

내용물

1 고정 포인트 요금
2 Charles Coulomb의 비틀림 저울
3 비례 계수 k 및 전기 상수
4 쿨롱 힘의 방향과 공식의 벡터 형태
5 쿨롱의 법칙이 실제로 적용되는 경우
6 쿨롱의 법칙에서 힘의 방향
7 법 발견의 역사

고정 포인트 요금

쿨롱의 법칙은 크기가 다른 물체와의 거리보다 훨씬 작은 고정 물체에 적용됩니다. 그러한 물체에는 점전하가 집중되어 있습니다. 신체 문제를 해결할 때 문제의 신체 크기는 그다지 중요하지 않기 때문에 무시됩니다.

실제로 휴게소 요금은 다음과 같이 표시됩니다.

포인트 양전하 q1. 포인트 양전하 q2.

이 경우 q₁ 그리고 q₂ - 이다 긍정적인 전하와 쿨롱 힘이 작용합니다(그림에는 표시되지 않음). 점 개체의 크기는 중요하지 않습니다.

메모! 나머지 요금은 서로 주어진 거리에 있으며 문제에서 일반적으로 문자 r로 표시됩니다. 더 나아가 논문에서 우리는 진공 상태에서 이러한 전하를 고려할 것입니다.

Charles Coulomb의 비틀림 저울

1777년 쿨롱이 개발한 이 장치는 나중에 그의 이름을 따서 명명된 힘의 의존성을 유도하는 데 도움이 되었습니다. 점 전하와 자극의 상호 작용을 연구하는 데 사용됩니다.

비틀림 저울에는 균형 잡힌 레버가 걸려있는 수직면에 작은 실크 실이 있습니다. 레버 끝에 포인트 차지가 있습니다.

외력의 작용으로 레버가 수평으로 움직이기 시작합니다. 레버는 실의 탄성력에 의해 균형이 잡힐 때까지 평면에서 움직일 것입니다.

이동하는 과정에서 레버는 수직축에서 특정 각도만큼 벗어납니다. 이를 d로 취하여 회전각이라고 합니다. 이 매개변수의 값을 알면 발생하는 힘의 토크를 찾을 수 있습니다.

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Charles Coulomb의 비틀림 스케일은 다음과 같습니다.

Charles Coulomb의 비틀림 저울.

비례 계수 k 및 전기 상수 $\varepsilon_0$

쿨롱의 법칙 공식은 매개변수 k, 비례 계수 또는 $\varepsilon_0$ - 전기 상수. 전기 상수 $\varepsilon_0$ 많은 참고서, 교과서, 인터넷에 나와 있으며 셀 필요가 없습니다! 다음을 기반으로 하는 진공에서의 비례 계수 $\varepsilon_0$ 잘 알려진 공식을 사용하여 찾을 수 있습니다.

$k = \frac {1}{4\cdot \pi\cdot \varepsilon_0}$

여기 $\varepsilon_0=8.85\cdot 10^{ -12} \frac {C^2}{H\cdot m^2}$ - 전기 상수,

$\pi=3.14$ - 숫자 파이,

$k=9{cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ - 진공에서의 비례 계수.

추가 정보! 위의 매개 변수를 알지 못하면 두 점 전하 사이의 상호 작용력을 찾는 것이 불가능합니다.
쿨롱의 법칙의 공식화 및 공식

위의 내용을 요약하면 정전기의 주요 법칙의 공식 공식화를 제공해야합니다. 다음과 같은 형식을 취합니다.

진공에서 두 개의 휴지점 전하의 상호 작용력은 이러한 전하의 곱에 정비례하고 두 전하 사이의 거리의 제곱에 반비례합니다. 그리고 요금의 곱은 모듈로 가져와야 합니다!

$F=k\cdot \frac {|q_1|\cdot |q_2|}{r^2}$

이 공식에서 q₁ 그리고 q₂- 포인트 요금, 고려되는 기관입니다. 아르 자형² - 정사각형으로 취한 이러한 몸체 사이의 평면상의 거리입니다. k는 비례 계수( $9\cdot 10^{9} \frac {H\cdot m^2}{C^2}$ 진공용).

쿨롱 힘의 방향과 공식의 벡터 형태

쿨롱의 법칙은 다음 공식을 완전히 이해하기 위해 시각적으로 나타낼 수 있습니다.

동일한 극성의 두 점 전하에 대한 쿨롱 힘 방향.

에프_1,2- 두 번째에 대한 첫 번째 전하의 상호 작용력입니다.

에프_2,1- 첫 번째에 대한 두 번째 전하의 상호 작용력입니다.

또한 정전기 문제를 해결할 때 중요한 규칙을 고려해야 합니다. 즉, 같은 이름의 전하가 밀어내고 반대 이름의 전하가 끌어당기는 것입니다. 이것은 그림에서 상호 작용력의 위치를 결정합니다.

반대 전하가 고려되면 상호 작용력이 서로를 향하여 매력을 나타냅니다.

극성이 다른 두 점 전하에 대한 쿨롱 힘 방향.

벡터 형태의 정전기의 기본 법칙에 대한 공식은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

$\vec F_1_2=\frac {1}{4\cdot \pi\cdot \varepsilon_0}\cdot \frac {q_1\cdot q_2}{r_1_2^3}\cdot \vec r_1_2$

$\{vec F_1_2}$ - 전하 q2의 측면에서 점 전하 q1에 작용하는 힘,

${\vec r_1_2}$ - 전하 q2를 전하 q1에 연결하는 반경 벡터,

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$r=||\vec r_1_2|$

중요한! 공식을 벡터 형식으로 작성하면 두 점 전하의 상호 작용력이 축에 투영되어야 부호가 올바르게 표시됩니다. 이 작업은 형식적이며 메모 없이 정신적으로 수행되는 경우가 많습니다.

쿨롱의 법칙이 실제로 적용되는 경우

정전기의 기본 법칙은 많은 분야에서 응용된 Charles Coulomb의 가장 중요한 발견입니다.

유명한 물리학자의 작업은 다양한 장치, 도구, 장치를 발명하는 과정에서 사용되었습니다. 예를 들어, 피뢰침.

피뢰침을 사용하여 뇌우 동안 집과 건물을 번개로부터 보호합니다. 따라서 전기 장비의 보호 수준이 높아집니다.

피뢰침은 다음과 같은 원리로 작동합니다. 뇌우 동안 강한 유도 전하가 점차적으로지면에 축적되어 위로 올라가 구름에 끌립니다. 이것은 지상에 상당한 전기장을 생성합니다. 피뢰침 근처에서 전기장이 더 강해져서 코로나 전하가 장치 끝에서 점화됩니다.

그러면 지상에 형성된 전하는 Charles Coulomb의 법칙에 따라 반대 부호로 구름 전하에 끌리기 시작합니다. 그러면 공기가 이온화되고 피뢰침의 끝 부분에서 전계 강도가 낮아집니다. 따라서 건물에 번개가 들어갈 위험이 최소화됩니다.

참고하세요! 피뢰침이 있는 건물이 맞으면 불이 나지 않고 모든 에너지가 땅으로 들어간다.

쿨롱의 법칙에 따라 "입자 가속기"라는 장치가 개발되었으며 오늘날 큰 수요가 있습니다.

이 장치는 강한 전기장을 생성하여 그것에 들어가는 입자의 에너지를 증가시킵니다.

쿨롱의 법칙에서 힘의 방향

위에서 언급했듯이 두 점 전하의 상호 작용력의 방향은 극성에 따라 다릅니다. 즉, 같은 이웃의 전하가 밀어내고 반대편의 전하가 끌어당기는 것입니다.

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쿨롱 힘은 반경 벡터와 동일하기 때문에 반경 벡터라고도 할 수 있습니다. 그들은 그들 사이에 그려진 선을 따라 지시됩니다.

일부 물리적 문제에는 점 전하로 간주할 수 없는 복잡한 모양의 몸체가 있습니다. 즉, 크기를 무시합니다. 이러한 상황에서 해당 몸체는 몇 개의 작은 부분으로 나누어져야 하며 각 부분은 쿨롱의 법칙을 적용하여 별도로 계산되어야 합니다.

나눗셈에서 얻은 힘 벡터는 대수와 기하학의 규칙으로 합산됩니다. 결과는 문제에 대한 답이 될 결과적인 힘입니다.이 해결 방법을 종종 삼각형 방법이라고 합니다.

쿨롱 힘 벡터의 방향.

법 발견의 역사

위에서 논의한 법칙에 의한 두 점전하의 상호작용은 1785년 Charles Coulomb에 의해 처음으로 증명되었습니다. 물리학자는 비틀림 척도를 사용하여 공식화 된 법칙의 정확성을 입증했으며 작동 원리도 기사에 나와 있습니다.

쿨롱은 또한 구형 축전기 내부에 전하가 없음을 증명했습니다. 이것이 그가 문제의 물체 사이의 거리를 변경함으로써 정전기력의 크기가 변경될 수 있다는 주장에 도달한 방법입니다.

따라서 쿨롱의 법칙은 여전히 가장 중요한 정전기 법칙이며, 이를 기반으로 많은 위대한 발견이 이루어졌습니다. 이 기사에서는 법률의 공식 공식이 제시되었으며 그 구성 요소가 자세히 설명되었습니다.